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In-Situ Ionomer-Free Catalyst-Coated Membranes for Anion Exchange Membrane Water Electrolyzers
ACS Energy Letters ( IF 19.3 ) Pub Date : 2023-10-13 , DOI: 10.1021/acsenergylett.3c01418 Tae-Hoon Kong 1 , Pandiarajan Thangavel 1 , Seokmin Shin 1 , Seontaek Kwon 1 , Hansaem Choi 1 , Hojeong Lee 1 , Namgyoo Park 1 , Jung-Je Woo 2 , Youngkook Kwon 1, 3
ACS Energy Letters ( IF 19.3 ) Pub Date : 2023-10-13 , DOI: 10.1021/acsenergylett.3c01418 Tae-Hoon Kong 1 , Pandiarajan Thangavel 1 , Seokmin Shin 1 , Seontaek Kwon 1 , Hansaem Choi 1 , Hojeong Lee 1 , Namgyoo Park 1 , Jung-Je Woo 2 , Youngkook Kwon 1, 3
Affiliation
Developing a state-of-the-art anion exchange membrane water electrolyzer (AEMWE) for commercial H2 production remains a great challenge and is strongly dependent on the membrane electrode assembly (MEA). Herein, we report the first facile in-situ, ionomer-free catalyst-coated membrane (modified CCM; m-CCM) fabrication method that can apply to a variety of anion exchange membranes (AEMs). This novel m-CCM method allows for the synthesis and integration of a catalyst layer (CL) between the AEM and the gas diffusion layer without anion exchange ionomers. The AEMWE fabricated by the m-CCM method using a platinum group metal-free benchmark anode catalyst exhibited superior performance compared to AEMWEs assembled by the conventional MEA fabrication methods by reducing the interfacial resistance due to the intimate contact and maximizing the catalyst utilization and demonstrated an industrially relevant current density of 1 A cm–2 at a moderate cell voltage of 1.79 Vcell and durability over 200 h in continuous electrolysis at 50 °C in 1 M KOH electrolyte. In addition, it shows the current density of 500 mA cm–2 at a cell voltage of 1.913 Vcell and a low degradation rate of 0.58 mV h–1 for 260 h in continuous electrolysis at a current density of 250 mA cm–2 at 50 °C in feeding ultrapure water.
中文翻译:
用于阴离子交换膜水电解槽的原位无离聚物催化剂涂层膜
开发用于商业H 2生产的最先进的阴离子交换膜水电解槽(AEMWE)仍然是一个巨大的挑战,并且强烈依赖于膜电极组件(MEA)。在此,我们报告了第一种简便的原位、无离聚物催化剂涂层膜(改良CCM;m -CCM)制造方法,该方法可应用于各种阴离子交换膜(AEM)。这种新颖的m -CCM 方法允许在 AEM 和气体扩散层之间合成和集成催化剂层 (CL),而无需阴离子交换离聚物。与通过传统 MEA 制造方法组装的 AEMWE相比,使用无铂族金属的基准阳极催化剂通过 m-CCM 方法制造的 AEMWE 通过降低由于紧密接触而导致的界面阻力并最大化催化剂利用率而表现出优越的性能,并展示了在 1.79 V 的中等电池电压下,工业相关的电流密度为 1 A cm –2,在 50 °C 的 1 M KOH 电解液中连续电解的耐久性超过 200 小时。此外,它还显示出在电池电压为 1.913 V 时电流密度为 500 mA cm –2 ,在电流密度为 250 mA cm –2的条件下连续电解 260 小时,降解率为 0.58 mV h –1。 50°C 进料超纯水。
更新日期:2023-10-13
中文翻译:
用于阴离子交换膜水电解槽的原位无离聚物催化剂涂层膜
开发用于商业H 2生产的最先进的阴离子交换膜水电解槽(AEMWE)仍然是一个巨大的挑战,并且强烈依赖于膜电极组件(MEA)。在此,我们报告了第一种简便的原位、无离聚物催化剂涂层膜(改良CCM;m -CCM)制造方法,该方法可应用于各种阴离子交换膜(AEM)。这种新颖的m -CCM 方法允许在 AEM 和气体扩散层之间合成和集成催化剂层 (CL),而无需阴离子交换离聚物。与通过传统 MEA 制造方法组装的 AEMWE相比,使用无铂族金属的基准阳极催化剂通过 m-CCM 方法制造的 AEMWE 通过降低由于紧密接触而导致的界面阻力并最大化催化剂利用率而表现出优越的性能,并展示了在 1.79 V 的中等电池电压下,工业相关的电流密度为 1 A cm –2,在 50 °C 的 1 M KOH 电解液中连续电解的耐久性超过 200 小时。此外,它还显示出在电池电压为 1.913 V 时电流密度为 500 mA cm –2 ,在电流密度为 250 mA cm –2的条件下连续电解 260 小时,降解率为 0.58 mV h –1。 50°C 进料超纯水。